Capítulo V Apresentação e discussão de resultados
5. Caracterização morfológica por M.O
A microscopia ótica permitiu avaliar a evolução da distribuição e dispersão do reforço na matriz polimérica ao longo dos ciclos de reprocessamento. Na tabela XII e XIII estão representadas imagens para o 1º, 5º e 10º ciclo para os nanocompósitos a diferentes ampliações, dando uma panorâmica geral da dispersão do reforço na matriz (tabela XII) e detalhando em pormenor alguns pontos específicos da imagem para medição das áreas dos aglomerados (tabela XIII). Estes resultados encontram-se são apresentados para um maior número de ciclos, anexo II nas tabelas XXXI a XXXIII.
Para os três materiais evidenciam-se aglomerados que correspondem aos pontos mais escuros nas imagens. Com a análise das imagens nas tabelas XII e XIII verifica-se, que de uma forma geral, há um aumento da dispersão do reforço na matriz polimérica com os ciclos de reprocessamento, dado que a dimensão dos aglomerados diminui. PP+CNF apresenta evidências de uma boa dispersão na matriz, dado o reduzido número de aglomerados que aparecem no compósito. Significa assim, que a mistura do reforço com a matriz polimérica foi bem conseguida e obteve-se uma mistura mais homogénea que as outras misturas. Apesar do reduzido número de aglomerados iniciais do PP+CNF evidencia-se uma ligeira diminuição do seu número com o aumento do número de ciclos de reprocessamento. No caso do PP+CNFf verifica- se uma grande quantidade de aglomerados bem distribuídos, significando que as CNFf não estão adequadamente dispersas. Comparando o PP+CNFf com o PP+CNF+CNT verifica-se a existência de um menor número de aglomerados, neste último nanocompósito, mas sendo estes de muito maior dimensão.
Na tabela XIV apresentam-se a área média dos aglomerados para cada um dos materiais nanocompósitos. Realizou-se esta análise para 5 ciclos de reprocessamento, respetivamente, 1º, 2º, 5º, 7º e 10º ciclo. Para cada ciclo foram observadas pelo menos 6 imagens de modo a obter um valor da área com significado estatístico. A área total em análise para cada imagem foi de 1,4×106 µm2. Verifica-se que a área média dos aglomerados tendem, de uma forma geral, a
diminui com o reprocessamento dos materiais, no entanto, este efeito não é visível para o PP+CNF+CNT. Em alguns casos o desvio padrão é muito elevado, isto deve-se ao fato de existir na mesma amostra em análise, especialmente para PP+CNF+CNT, aglomerados muito pequenos e muito grandes. Para este nanocompósito evidencia-se reaglomeração com o reprocessamento, uma vez que a área média tende a aumentar com os ciclos de reprocessamento.
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Tabela XII -Imagens de M.O com ampliação 4X para o 1º, 5º e 10º ciclo de reprocessamento para os nanocompósitos
Material PP+CNF PP+CNFf PP+CNF+CNT 1º Ciclo 5º Ciclo 10º Ciclo 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm 500 µm
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Tabela XIII– Imagens de M.O com ampliação 10X para o 1º, 5º e 10º ciclo de reprocessamento para os nanocompósitos
Material PP+CNF PP+CNFf PP+CNF+CNT 1º Ciclo 5º Ciclo 10º Ciclo 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm 200 µm
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Tabela XIV – Área média dos aglomerados (µm2) para os ciclos 1, 2, 5, 7 e 10 para os nanocompósitos
Material 1º Ciclo 2º Ciclo 5º Ciclo 7º Ciclo 10º Ciclo PP+CNF 714 ± 493 874 ± 352 520 ± 383 450 ± 195 295 ± 215
PP+CNFf 428 ± 101 389 ± 121 270 ± 89 228 ± 47 232 ± 49
PP+CNF+CNT 2969 ± 796 3775 ± 1763 5005 ± 4114 1641 ± 2344 6519 ± 14066
Na tabela XV apresenta-se um resumo da variação da área do maior aglomerado com o reprocessamento assim como a variação da fração de área de aglomerados (Ar). O Ar é determinado dividindo a soma das áreas de todos aglomerados pela soma total das áreas de nanocompósito analisada. Verifica-se que a fração de área de nanocompósito ocupada por aglomerados (Ar) tende a diminuir ao longos dos ciclos de reprocessamento para todos os casos em estudo. Uma vez que a dispersão é inversamente proporcional à fração de área dos aglomerados, este resultado indica que a dispersão do reforço na matriz polimérica melhora com o reprocessamento.
Os nanocompósitos apresentam níveis de dispersão diferentes (comparando os valores de Ar). PP+CNF apresenta maior dispersão desde o 1º ciclo, sendo o nanocompósito PP+CNFf o que apresenta menor dispersão do reforço. O aumento de dispersão com o reprocessamento é mais acentuada para PP+CNF+CNT visto que entre o 1º e o 10º ciclo Ar reduz de 4.9% para 0,9%.
Tabela XV – Fração de área de aglomerados (Ar) e área maior dos aglomerados nos nanocompósitos
Material 1º Ciclo 2º Ciclo 5º Ciclo 7º Ciclo 10º Ciclo
PP+CNF Ar 0,6% 0,8% 0,3% 0,2% 0,2% Amaior (µm2) 13408 7297 3535 4353 4397 PP+CNFf Ar 6,5% 7,2% 5,8% 4,7% 4,3% Amaior (µm2) 35435 25068 37575 10880 10710 PP+CNF+CNT Ar 4,9% 2,3% 2,4% 0,7% 0,9% Amaior (µm2) 47679 39697 43835 28830 63037
A incorporação de CNT originou o aumento de uma ordem de grandeza em Ar relativamente aos compósitos apenas com CNF não funcionalizadas. A área do maior aglomerado tende a diminuir para PP+CNF e PP+CNFf ao longo dos ciclos de reprocessamento. Para o nanocompósito PP+CNF+CNT verificou-se que ocorre uma reaglomeração com o
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reprocessamento, uma vez a área média dos aglomerados e a área do maior aglomerado tendem a aumentar com os ciclos de reprocessamento.
Nas figuras 37, 38 e 39 estão apresentadas a distribuição dos aglomerados, em número e tamanho, ao longo dos ciclos de reprocessamento, para os vários compósitos. Durante a medição dos aglomerados definiu-se por defeito que só eram medidos aglomerados com área superior a 10 µm2.
A figura 37 mostra a distribuição do número de aglomerados para o compósito de PP+CNF ao longo dos ciclos de reprocessamento. Verifica-se que o intervalo de área dos aglomerados mais frequente ronda entre os 50 a 500 µm2 nos primeiros ciclos e tendem a reduzir de
dimensão com o aumento de ciclos de processamento. Considerando que quanto maior o tamanho de aglomerados menor a quantidade de nanocargas individualmente dispersa na matriz, verifica-se que o reprocessamento levou a uma diminuição de tamanho dos aglomerados, isto é, a dispersão das CNF melhora com os sucessivos reprocessamentos. No 10º ciclo encontram-se mais aglomerados entre 10-100 µm2 o que corrobora a mior dispersão do reforço
na matriz.
Figura 37 -Distribuição dos aglomerados para PP+CNF
A distribuição dos aglomerados para PP+CNFf apresenta uma tendência semelhante à do PP+CNF como se observa na figura 38. A área dos aglomerados mais frequente nas amostras ronda os 50 a 300 µm2, com um número de aglomerados significativamente superior. Existem
mais aglomerados do que em PP+CNF, como é possível verificar na tabela XIII, e a diminuição do tamanho dos mesmo com o reprocessamento não é tão evidente. Existem mais aglomerados mas com áreas muito semelhantes entre si.
0 5 10 15 20 25 30 Nº de Ag lo m er ado s
Área dos aglomerados (µm2)
1º ciclo 2º ciclo 5º ciclo 7º ciclo 10º ciclo
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A funcionalização das CNF levou a um aumento do índice de fluidez em relação ao nanocompósito com CNF não funcionalizadas. Este aumento do IF, ou seja a diminuição da viscosidade, é importante para a dispersão dos aglomerados na matriz. Para haver rotura dos aglomerados é necessário níveis de tensão, desenvolvida no fundido, elevados e para tal é necessário viscosidades elevadas. Como a viscosidade diminui com a funcionalização o nanocompósito PP+CNFf apresenta mais aglomerados visto que a diminuição da viscosidade não ajuda na rotura dos aglomerados. Essa rotura permite formar aglomerados de menores dimensões, e com maior área de contato com a matriz, para uma maior dispersão das nanocargas.
Figura 38 -Distribuição dos aglomerados para PP+CNFf
Na figura 39 está representado a distribuição do número e tamanho de aglomerados para a mistura PP+CNF+CNT. Verifica-se uma diminuição do número de aglomerados com os sucessivos reprocessamentos. No 10º ciclo evidenciam-se poucos aglomerados contudo apresenta um aglomerado entre os 7000 - 10000 µm2 o que leva a que a área média de
aglomerados seja muito elevada e casos como este acontece para todos os ciclos em estudo. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Nº de Ag lo m er ado s
Área dos aglomerados (µm2)
1º ciclo 2º ciclo 5º ciclo 7º ciclo 10º ciclo
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Figura 39 -Distribuição dos aglomerados para PP+CNF+CNT